Fattori limitanti la massima
potenza aerobica
Fisiologia della prestazione sportiva
Università degli Studi di Verona
Scienze Motorie
aa 2012-1013
Possibili fattori
Determinanti le prestazioni di endurance/massimo consumo di
ossigeno
• Respirazione
• Circolazione centrale
• Perfusione periferica
• Metabolismo muscolare
Gli atleti hanno elevati V’O2max
Rowell (1993)
Cosa limita il V’O2max ?
Potenziali fattori limitanti:
1) Respirazione
3) Perfusione periferica
2) Circolazione centrale
4) Metabolismo muscolare
Rowell (1993)
Cosa limita il V’O2max ?
Dove agiscono ?
.
VO2 = VS x ƒH x O2av
Circolazione centrale
Vs Volume di eiezione
Frequenza cardiaca
ƒH
differenza artero-venosa
O2av
O2
PaO2 dipende dalla
respirazione e dalla
circolazione centrale
PvO2 dipende dal
metabolismo muscolare
e dalla perfusione
periferica
Sono i polmoni ?
Sono i polmoni ?
Diffusion capacity (ml min-1 mmHg-1)
Allenati
Non allenati
Allenamento aerobico
capacità
di
diffusione
polmonare più
O2 può entrare nel
sangue alla stessa
P O 2.
Scarsi effetti.
Oxygen uptake (l min-1)
Yamaji et al. (1972)
Sono i polmoni ?
PaO2 diminuisce di poco nella
maggior parte di atleti di
elite scarsi effetti sul
massimo consumo di O2.
Però, PaO2 può diminuire nei
cavalli da corsa, in
pazienti COPD e in alcuni
atleti di elite con altissime
CO
Maximal oxygen uptake (l min-1)
Ekblom (1969)
Sono i polmoni ?
Due cause per la caduta di PaO2:
1) Altissimo flusso di sangue
polmonare
(alte
gettate
cardiache)
2) Alle alte intensità, si può avere
una relativa ipoventilazione
(PAO2 cade)
Rowell (1993)
Sono i polmoni ?
M. Everest
Mare
50
40
30
20
10
0
150
700
43
PIO2
500
300
Pressione atmosferica (mm Hg)
Il contenuto di O2 nel sangue limita la performance in
Pugh (1963)
altitudine
E’ il cuore ?
Volume cardiaco normale: 750-800 ml, Cuore d’atleta: 900-1200
ml; la figura mostra il cuore d’atleta più grande riportato in
letteratura: 1700 ml (campione mondiale di ciclismo).
Hollmann (1965)
E’ il cuore ?
Correlazione
buona
tra
V’O2max e massima gettata
cardiaca.
Cuore d’atleta
Volume d’eiezione
Massima gettata cardiaca
V’O2max
Performance .
Conclusione: E’ il fattore
limitante il V’O2max più
importante
Ekblom (1969)
E’ il cuore ?
L’allenamento aerobico porta all’aumento del volume
cardiaco volume d’eiezione .
Rost (1997)
E’ il cuore ?
Il grande volume d’eiezione è la causa principale degli alti valori di
V’O2max trovati negli atleti di endurance allenati:
NA Non atleti; ATH Atleti
Rowell (1993)
Sono i fattori periferici?
Gli atleti hanno un
rapporto capillarimuscolo più alto.
Brodal et al. (1977)
Sono i fattori periferici?
Flusso di sangue (l min-1)
Gli atleti allenati di endurance hanno un flusso di sangue
muscolare maggiore dei soggetti sedentari/non allenati.
Esercizio
massimale
atleti
Esercizio
massimale
sedentari
I muscoli hanno
bisogno di più
ossigeno con
l’aumento della
potenza il flusso
ematico muscolare
aumenta con
l’intensità
Contributo in O2 dai vari distretti
Sono i fattori periferici?
Gli atleti di Endurance sono in grado di utilizzare più O2
Attività maggiore della succinico deidrogenasi
Conditioning state
Maximal
oxygen intake
Muscle fibre type
I
(ml kg-1 min-1)
Detrained
Untrained
Endurance training
Endurance athlete
Whole
muscle
IIa
IIb
(µmol g-1 min-1)
30 – 40
40 – 50
5.0
9.2
4.0
5.8
3.5
4.9
4.0
7.0
45 – 55
> 70
12.1
23.2
10.2
22.1
5.5
22.0
11.0
22.5
Saltin and Gollnick (1983)
Sono i fattori periferici?
Saltin et al. (1976)
La capillarizzazione, l’attività degli enzimi mitocondrialli e il V’O2max
sono maggiori nell’arto allenato. I fattori periferici limitano il
V’O2max ed hanno un peso maggiore se l’esercizio è eseguito con
piccolo masse muscolari .
Sono i fattori periferici?
Gli atleti di endurance
allenati hanno un numero
maggiore di capillari per
fibra muscolare a parità
di densità di fibre rispetto
ad un soggetto non
allenato.
Le fibre più piccole hanno
più capillari.
Brodal et al. (1977)
Da cosa è limitato V’O2max ?
•
Il tempo di transito nel capillare polmonare può impedire l’adeguata
ossigenazione del sangue nel polmone durante esercizio massimale in
atleti di elite con grandi CO ed in altitudine
• I muscoli allenati hanno più capillari ed una maggiore
concentrazione/attività degli enzimi ossidativi. Ricevono ed utilizzano
più ossigeno.
• Se l’esercizio è compiuto con piccoli gruppi muscolari, la gettata
cardiaca non è un fattore limitante il V’O2max. In questo caso, i fattori
limitanti sono periferici.
• Fattore limitante principale: cuore d’atleta volume d’eiezione
massima gettata cardiaca
massimo consumo di ossigeno performance di endurance .
Quantificazione dei Fattori Limitanti il
V’O2max
1.L’ossigeno, nel suo cammino dall’ambiente
ai muscoli, fluisce superando un numero
discreto di resistenze in serie (resistenze
al flusso di Ossigeno )
2. Ognuna di queste resistenze è superata al
costo di un certo gradiente di
pressione parziale di O2
Cascata dell’O2
Modello delle conduttanze in serie - I
Fattori Limitanti il V’O2max
∆P1
∆PT
∆P2
∆P3
R1
R2
R3
VO 2
Pressure Gradient
O 2 Flow =
Resistance
D P1
D P2 D P3
D Ptot
D Ptot
&
=
=
=
=
VO 2 =
R1
R2
R3
R1 + R 2 + R 3
R tot
Modello delle conduttanze in serie-I
Fattori Limitanti il V’O2max
V’O2max = ∆Ptot/Rtot
In condizioni di stato stazionario:
∆Ptot/Rtot = ∆Pi/Ri
V’O2max = (PI-PA)/RV = (PA-Pa)/RL = (Pa-Pvm)/RQ = (Pvm-Pt)/Rt =
(Pt-Pm)/Rm = (PI-Pm) = Rtot
V’O2max = (PI-PA) GV = (PA-Pa) GL = (Pa-Pvm) GQ = (Pvm-Pt) Gt =
(Pt-Pm) Gm = (PI-Pm) = Gtot
Gv e GQ
CO2
CaO2
C
=
P
a
a
-P
- Cv
v
O2
GV = 1/RV = V’A g
O2
CvO2
GQ = 1/RQ = Q’ b
PvO2
PaO2
PO2
Quantificazione dei Fattori Limitanti il
V’O2max
• (PI-PA)/ (PI-Pm) = GT / GV = RV/RT =
FV
• (PA-Pa)/ (PI-Pm) = GT / GL = RL/RT =
FL
• (Pa-Pvm)/ (PI-Pm) = GT / GQ = RQ/RT =
FQ
• (Pvm-Pt)/ (PI-Pm) = GT / Gt = Rt/RT =
Ft
• (Pt-Pm)/ (PI-Pm) = GT / Gm = Rm/RT =
Fm
Quantificazione delle limitazioni frazionarie
La ventilazione a livello del mare non
modula la conduttanza totale
CO2
CaO2
C
=
P
a
a
-P
- Cv
v
O2
O2
CvO2
PvO2
PaO2
PO2
Iperventilazione:
1. V’A ---> GV
2. PAO2 , ma CaO2
costante
3. b -----> GQ
4. GT non cambia
Quindi possiamo
trascurare GV
Solo conduttanze a valle
del polmone
FQ: 70 % circa
Fp: 30 % circa
Applicazioni: V’O2max e inattività (bed rest)
Decadimento percentuale
giornaliero medio di
V’O2max, Q’max e QaO2max
durante bed rest
FQ = 0,70 (Fp = 0,30)
Applicazioni: V’O2max e inattività (bed
rest)-cont
Bibliografia
• di Prampero PE e Ferretti G. Factors limiting maximal
oxygen consumption in humans. Resp Physiol 80: 113-128,
1990.
di Prampero PE Factors limiting maximal performance in
humans. EJAP 2003 90: 420-429
• C. Capelli, G. Antonutto, M. Azabji Kenfack, M. Cautero, F.
Lador, C. Moia, E. Tam, G. Ferretti. Factors determining the
time course of V’O2max decay during bedrest: implications for
V’O2max limitation. Eur J Appl Physiol 98: 152 - 160, 2006.
